112 地方特考四等 環境檢驗類科 環境微生物學概要 考古題詳解

核心觀念

本題比較大腸菌群的兩種定量方式：

• MPN（Most Probable Number，最可能數）：以多管發酵法觀察不同水樣接種量的陽性管數，再依陽性管組合查表估計菌數。這是統計估計值，單位為 $\mathrm{MPN}/100\ \mathrm{mL}$。
• CFU（Colony Forming Unit，菌落形成單位）：以濾膜法將水樣中的細菌截留於濾膜上，培養後計算具大腸菌群特徵的菌落數，換算為 $\mathrm{CFU}/100\ \mathrm{mL}$。

以下依水中大腸菌群多管發酵法與濾膜法的基本操作說明。題目未限定水樣種類或指定方法版本，實際培養基配方、培養條件及判讀標準應依適用的公告檢測方法執行。

解題方法

掌握兩種方法的核心差異即可作答：**MPN 是以陽性管組合查表估算；CFU 是濾膜培養後直接計數菌落。**兩者都須記錄水樣體積或稀釋倍數，才能換算至每 $100\ \mathrm{mL}$。

一、多管發酵法：表示為 MPN/100 mL

1. 準備試管組：選擇數個適當水樣接種量或連續稀釋度；各接種量設多支試管，管內加入適當濃度的乳糖發酵培養基及倒置 Durham 管。
2. 接種並初步培養：將各體積水樣分別接種後，按規定溫度與時間培養。乳糖發酵產酸、產氣的試管判為初步陽性。
3. 確認陽性反應：將初步陽性管轉種至大腸菌群確認培養基，例如亮綠乳糖膽鹽肉湯（BGLB），再依方法規定培養；確認產氣者列為陽性管。
4. 記錄陽性管組合：依水樣接種量由大至小，記下各組的陽性管數，例如「5 管、3 管、1 管陽性」。
5. 查 MPN 表並換算：依陽性管組合及各組接種水樣體積查閱相應 MPN 表；若表值不是以 $100\ \mathrm{mL}$ 為基準，依表格所列體積換算為 $\mathrm{MPN}/100\ \mathrm{mL}$。稀釋水樣則須納入稀釋倍數。

原理：不同接種量的試管呈現陽性或陰性的分布，可用以推估原水樣中可發酵乳糖並產氣的大腸菌群數。結果為機率估計，不是直接數出個別菌體。

二、濾膜法：表示為 CFU/100 mL

1. 選擇過濾體積：依預期菌數選擇適當水樣體積；菌數高時先稀釋，避免濾膜上菌落過密而無法判讀。

核心觀念

本題考查培養基的兩種功能：選擇性是選擇「哪些微生物能生長」；鑑別性是讓已生長的微生物呈現可辨認的差異。兩者目的不同，但同一種培養基可以同時具有選擇與鑑別功能。

• 選擇性培養基（selective medium）：加入抑制劑或利用特定培養條件，抑制部分微生物生長，同時讓目標微生物較容易生長。例如加入膽鹽、抗生素，或調整酸鹼值、鹽度。
• 鑑別性培養基（differential medium）：加入特定基質及指示劑，利用微生物的生化反應差異，使菌落或培養基呈現不同顏色、外觀或其他可觀察變化，以區分微生物。

解題方法

回答時抓住「抑制生長」與「呈現差異」兩個關鍵功能，再說明各自如何達成：

1. 選擇性培養基透過抑制成分或培養條件，篩選出能在該條件下生長的微生物。
2. 鑑別性培養基不以抑制微生物為主要目的，而是觀察不同微生物對特定基質的反應，藉指示劑或培養基變化加以區分。
3. 補充兩者可合併於同一培養基，避免誤以為兩種功能互斥。

比較與例子

核心觀念

發酵與呼吸都是微生物分解有機物、取得能量的代謝方式，差別在於電子傳遞途徑、電子最終接受者及 ATP 生成方式。

• 發酵：有機物不完全氧化，電子最終交給有機物或其衍生物；不經電子傳遞鏈，ATP 主要由受質層次磷酸化產生。
• 呼吸：電子經由電子傳遞鏈傳遞至最終電子接受者，並藉氧化磷酸化產生 ATP。最終接受者為氧時稱好氧呼吸；接受者為硝酸鹽、硫酸鹽等無機物時稱厭氧呼吸。

解題方法

作答時比較三個面向：是否使用電子傳遞鏈、電子最終接受者為何、ATP 如何產生。再補充能量產率與有機物氧化程度，即能清楚交代兩者差異。

核心觀念

本題考查厭氧與好氧生物處理的微生物能量代謝差異，以及這些差異如何影響生物量生成。污泥主要由微生物細胞及其殘渣構成；有機物被微生物分解後，一部分用於維持生命活動，一部分轉為新細胞，未轉成細胞的部分則進一步氧化並取得能量。

解題方法

比較兩種處理法的污泥產量，可從「微生物取得多少能量」及「有多少基質轉成新細胞」切入：

1. 好氧處理以氧作為電子受體，微生物可透過有氧呼吸有效取得能量。較多有機物因而被合成為新細胞，生物量產率較高，形成較多剩餘污泥。
2. 厭氧處理在無氧條件下分解有機物，能量回收較少。部分有機物轉為甲烷、二氧化碳等產物，供細胞合成與生長的能量和基質比例較低，因此新生生物量較少。

核心觀念

本題考查以物理或化學方式控制微生物生長的原理。控制微生物生長，是利用環境條件或化學藥劑抑制微生物繁殖，或使其失活、死亡。作答時可從不同作用機制各舉一例，並說明它如何影響微生物細胞或代謝。

解題方法

將方法分為物理控制與化學控制，再挑選五種作用機制明確、容易說明的例子。控制效果會受微生物種類、數量、處理時間及環境條件影響；「抑菌」是抑制生長，「殺菌」則使微生物失去存活或繁殖能力，兩者不可混為一談。

五種控制方法及機制

1. 高溫處理（物理法） 以加熱破壞蛋白質的立體結構，使酵素及其他重要蛋白質變性，並損害細胞膜與核酸，導致代謝失常或細胞死亡。濕熱常藉由蛋白質變性殺菌；乾熱則可造成氧化及細胞成分破壞。孢子通常比營養細胞耐熱，因此所需溫度或處理時間較高。

2. 低溫處理（物理法） 冷藏或冷凍可降低酵素反應速率、膜運輸及整體代謝活動，使微生物生長減緩或暫停。低溫通常以抑制生長為主，不能一概視為殺菌；解凍或回到適宜溫度後，存活的微生物仍可能恢復生長。